资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共59页)
编号：206073443
类型：共享资源
大小：19.54MB
格式：ZIP
上传时间：2022-03-25
上传人：考****
认证信息
个人认证
武**（实名认证）
山西
IP属地：山西
25
积分
- 关 键 词：
-
整理的全套文件范本
烟气
治理
施工
方案
整理
全套
文件
范本
- 资源描述：
-
烟气治理施工方案【整理的全套文件范本】,整理的全套文件范本,烟气,治理,施工,方案,整理,全套,文件,范本
- 内容简介：
-
第一章 绪论 1.1 本文的研究目的 大气污染通常指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。近年来，随着国家对城市的环境质量提出了日益严格的要求，尤其把大气污染治理放在突出的位置，大气污染问题引起人们的倍加关注。 大气污染物按其存在状态可概括为两大类：气溶胶状态污染物(悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散体系，其颗粒的大小一般从10-3m103m。)、气体状态污染物（以分子状态存在的污染物）。大气污染物来源按其产生的类型可分为：（1）工业污染源：主要包括燃料燃烧排放的污染物，生产过程排放的废气；（2）生活污染源：由生活活动产生的废气，如烹调过程产生的废气、油烟，在我国这是一种排放量大、分布广、排放高度低、危害性不容忽视的空气污染源；（3）交通污染源：由汽车、飞机、火车和船舶等交通工具所排出的废气造成大气污染的污染源。 1.1.1 国内外油烟污染现状 油烟为城市大气有机浮尘的主要来源，油烟中的一些挥发性有机物与大气中的二氧化氮发生光化学反应，对大气产生一定的污染，有调查称，洛杉矶周围80km2油烟浮尘约占有机物总量的20%，对这些有机分子作为主要成分的受体模型进行分析，显示油烟占洛杉矶周围大气悬浮物的7%。而在北京市区大气中二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒日均值分别为0.080mg/m3、0.140mg/m3和0.364mg/m3。Weisbugor等报道，在烹调方式中，油煎、烤、烧等加工方法可形成较大量的致突变物，且随着温度升高挥发性烟气中的致突变活性也相应增强。由于国内多采用高温烹饪，其产生的油烟在大气中的比率明显高于国外，对环境污染的贡献率及对环境安全的威胁也大得多。 就目前现状来看，其中大部分饭店为无组织排放，直接将烟管穿过窗洞外排，不但有交叉污染或二次污染，而且排气口周围墙面挂灰挂油，建筑外观被严重损坏，这都是历史遗留下来的问题，“生米煮成熟饭”，改造起来困难很大。目前，在新住宅厨房设计或公共建筑厨房（如饭店、饭馆、宾馆的厨房）设计中，基本上都采用了有组织机械通风的形式，有的还进一步研究出送风气幕排油烟罩、变压式共享排气管道系统等等。就机械排风而言，其主要形式是利用垂直竖井将各层用户的油烟抽出后排放，但其中仍存在“串味”、“串声”等问题。 我国人民的饮食习惯多以煎、炸、烧、烤为主，使用的燃料多为煤气、天然气、液化石油气、蜂窝煤、柴碳等等，灶具的先进性也不够，并且一般餐饮业灶间大都只装直排式排油烟机，未进行净化的油烟中含有的食用油等在高温下产生有害的过氧化物及其裂解后的产物严重污染大气环境。饮食业又多位于闹市或居民区内，油烟的污染已越来越受到人们的重视，并逐步成为居民对若干项环境投诉的热点，可以说油烟是与锅炉烟气、汽车尾气等并重的又一大气污染源，油烟的污染已经形成一种亟待解决的公害问题。1996年颁布的大气污染防治法中的第二十六条规定：城市饮食服务行业的经营必须采取措施防止油烟对附近居民居住环境的污染。2000年3月，国家环保总局“环发200047号文件”关于发布饮食业油烟排放标准（试行）通知中又进一步明确提出排放油烟的饮食业单位必须安装油烟净化设施，并保证操作期间按要求运行，油烟无组织排放视同超标，由此可见研究油烟净化技术及其相关设备的必要性。 1.1.2 油烟污染的危害 众所周知，中国人喜欢用高温食用油炒菜，除餐饮业之外，普通居民家中亦都采用高温煎炒，油锅温度一般都在270280以上，比西方家庭灶台温度高出50%。因为食用油在高温催化下会释放出含丁二烯的烟雾，油烟飘尘粒径大多分布在3m以下，它们易进入支气管和肺部，约有80%沉积下来，人的一生有70%在室内度过，可见大部分时光都在呼吸着这些严重污染的空气，尤其是对婴儿、孕妇、老年人及心血管系统、呼吸道系统、皮肤过敏疾病患者危害更大，油烟的污染与癌症等恶性肿瘤致病率和死亡率之间也有相关性，有关资料显示，在烹调油烟中发现挥发性亚硝胺等已知突变致癌物，在致肺癌因素中，烹调油烟是仅次于“深度吸烟”烟雾达到呼吸道深部的危险因素，如果消除吸烟和烹调油烟的危害，可使肺癌减少85%。油烟气被人体吸入后使呼吸道粘膜损伤，并降低人体免疫功能（表现为PEFR、V75、V50、V25均显著下降，慢支组FVC和FEV1也明显减低），吸入者出现咳嗽、胸闷气短等症状。油烟刺激人们的眼睛，诱发心血管疾病，长期大量吸入这种物质，会损害人的免役功能，易致肺癌。据美国国家癌症研究所皮特教授报告，菜籽油比花生油的致癌危险更大，因为高温下的菜籽油比花生油释放的丁二烯成分高22倍，菜籽油中含有较多的亚麻酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，当油温升高到60时，就开始氧化，升到130时氧化物开始分解，形成多种化合物，这些化合物中有些是致癌物，油温越高，不饱和脂肪酸含量越多，氧化物的分解就越快，使人体患肺癌的可能性也就越大。据调查，经常处在油烟腾腾的厨房中的人们，患肺癌的危险性比不受或少受油烟熏者高60%，儿童急性呼吸道感染与烹调油烟有关，2岁以下死于急性呼吸道感染的婴儿也所因于此。 1.1.3 油烟粒子的物理特性 油烟指食物在烹饪、加工过程中挥发的油脂、有机质及其加热分解或裂解产物。更为全面的定义为食用油及油脂在高温状态下产生的挥发物及冷凝水汽、室内含尘气体、灶具燃烧器产生的废气和高温气体、炭黑等多种成分的混合体。 油烟是食用油和食物在高温条件下产生的大量热氧化分解产物，烹调时，油脂受热，当温度达到食用油发发烟点170时，出现初期分解的蓝烟雾，随着温度继续升高，分解速度加快，当温度达250时，出现大量油烟，并伴有刺鼻的气味，油烟粒度多在0.01m10m。油烟中含有油脂、粉尘颗粒物和水蒸汽等，颗粒物粒径较小，又可分为固体颗粒物与液体颗粒物两种，由于液体颗粒物大多为油脂冷凝物，所以粘稠度较大，极易与固体颗粒物结合，形成具有较大粘稠度的胶体粘附在管道或设备表面或者排到大气中，进而与空气中的悬浮物结合，在大气中形成不易扩散的污染物。 1.油烟栗子的油性和粘度 油烟粒子的最重要的特性之一就是油性，即形成润滑薄膜的能力。 粘度即流动液体粘滞程度，是分子之间内摩擦的一个量度。油脂之所以有较高的粘度，主要由于其甘油脂中长链分子间的吸引力所致，表示方法有动力粘度、运动粘度和相对粘度三种，动力粘度已PaS为单位，通常用“mPaS”表示，运动粘度的单位为m2/s，食用油脂以运动粘度来表示。粘度与油脂的不饱和度有关，与油脂中脂肪酸的分子量的关系更大。植物油脂粘度高低顺序为：蓖麻油菜籽油棉籽油葵花子油大豆油亚麻油椰子油，对同一种油脂而言，随着温度升高，其粘度也增大。 2.油烟粒子的溶解性 油烟粒子在水中的溶解性很差，据报道，当温度在-892时，油酯在水中的溶解度不超过10%，随着温度和压力的升高，油烟粒子在水中的溶解性也相应增大。 3.介电常数 干燥的油脂并不是良好的导体，介电常数一般为3.03.2，当氧化引入极性基团，油脂的介电常数会有所增加，如在低温下吹入空气，油脂的介电常数可达到5.2以上。 4.油烟粒子的润湿性 油烟粒子能否和液体相互附着或附着难易的性质称为粒子的润湿性。当粒子与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；如果接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。粒子的润湿性与粒子的性质，如粒径、生成条件、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等有关，也与粒子和液体之间的粘附力及相对运动速度有关，油烟粒子的粒径一般小于5m，很难被水润湿，这是由于细小的粒子与水滴表面均存在着一层气膜，只有在粒子与水滴具有较高的相对运动速度的情况下，水滴冲破这层气膜，才能使之相互附着并凝结，这也是某些高效能湿式净化器如文丘里洗涤器净化的主要机制，此外，粒子的润湿性还随压力的增加而增加，随温度的上升而下降，随液体表面张力的减少而增强。 1.1.4 油烟的化学特性 事物在烹饪过程中产生的油烟含有几百种污染物，化学成分十分复杂，七十年代末期，国外曾有人模拟油煎事物的条件，用冷阱收集了玉米油、亚油酸甘油酯的挥发物，作了气相、红外和质谱分析，共检测到220多种化合物。近年来，国内对食用油烟雾的化学成分研究也有零星报道，鲍子平等从菜籽油冷凝物中鉴定出巴豆醛，从豆油冷凝物中测出微量的2-甲基丙烯醛；厉曙光等在2655加热的菜籽油、精制菜油和豆油的油烟冷凝物中，采用纸层析-荧光分光光度法检测到了苯并芘和二苯并蒽；卫煜英等报道从油烟机冷凝物中鉴定出十余种降解物，均为烃类、醛及烯醛醇等对人体有害的化合物。综合各类资料显示，油烟中主要有醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香族化合物、酯、内酯、杂环化合物等，产生的有害物种类也很多，包括CO、SO2、CO2、NO、NO2、甲烷、丙烯、丁烯、戊烷、硫化氢、烟尘、臭气、热气、多环芳烃及强致癌物（如苯并蓖、氡等）。 1.1.5 本文研究目的及意义 由上述对油烟及污染的基本状况描述，可以看出，油烟污染不仅危害到生态环境，而且还会使人类的身心健康受到威胁。油烟控制势在必行，研究油烟净化技术已迫在眉睫。厨房抽油烟机的问世就是一个重要标志，但是它并未解决根本问题，抽油烟机的作用只是将污染物简单地从室内排到室外，而污染物质并未消除。随着国家对餐饮业的有关政策与要求不断提高，现有的油烟净化方法与设备更加不能适应需要，这就促使科学工作者不断改进抽油烟机的结构，努力去寻求一种新的有效的净化方法与设备，这也即是本文要研究的主要内容。本文首先提出油烟粒子即是气溶胶粒子的一种，所以油烟净化可以借鉴除尘技术基础，在除尘技术中，是通过一些技术措施，捕集分离气溶胶中固态或液态颗粒。本文通过对一般尘粒的净化方法的总结，提出了一套全新的油烟净化分离方法，并由此而设计出以必要的设备风机为主体的油烟净化技术与装置。 1.2 传统除尘设备的概况及其特性 除尘技术的研究对象为气溶胶，在工程技术中，特别是环境工程中，通常将其称为含尘气体或污染气体。从流体力学角度，气溶胶实质上是气态为连续相，固、液态为分散相的多相流体。环境科学中把气溶胶定义为沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体，根据成因的不同，可分为两大类：分散性的和凝聚性的。分散性的尘粒一般称为粉尘或尘灰，凝聚性的尘粒系气体或蒸汽质点的凝聚，或由两种气体或蒸汽经过化学反应而得，凝聚所得颗粒，固体的称为烟，液体的称为雾。而工业中一般将气溶胶颗粒统称为粉尘或尘埃。油烟粒子属于气溶胶范畴，所以油烟净化可以借鉴除尘技术基础。 除尘过程的机理是将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，从气流中分离出来。外力一般包括重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等，粒径较大的颗粒由于受到的作用力较大，易于从气流中分离出来，而对于粒径较小的颗粒，受到的作用力较小，从气流中分离出来就比较困难。根据除尘的基本原理，去除小颗粒物的基本策略是通过使粒子间相互碰撞或粒子与水滴进行碰撞，将较小的颗粒聚集为更大的颗粒，使之易于捕集。根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：(1)机械式除尘器；(2)电除尘器；(3)过滤式除尘器；(4)湿式除尘器。近年来发展的新型除尘器有超声波除尘器，高梯度磁分离器，荷电袋式过滤器，核电液滴洗涤器等。 1.2.1 机械式除尘器 机械式除尘器通常分为重力沉降室，惯性除尘器，旋风除尘器。前两者结构简单，但效率低，一般只用于多级除尘的预除尘，旋风除尘器结构简单，造价低，可以耐高温，耐高压，便于粉料的回收利用，在工业上应用较多。但一般只能捕集分离10m以上的尘粒，而且处理风量受到一定限制。惯性分离除雾设备在油烟净化方面应用较多，主要有金属纺织网、格栅等，这些设备目前在家用厨房抽油烟机中广泛采用，在一些老式餐饮业中使用亦较普遍，其主要优点是设备简单，压降较小（通常为50200Pa），弊端在于对小粒径的颗粒去除率低，总去除率亦较低，通常为50%70%，而且由于油烟中颗粒物粘度很大，清洗维护工作量较大，限制了其在餐饮业油烟净化中的推广应用，并且随着我国城市环保执法要求愈来愈严，这一方法的应用愈来愈受到限制。 由以上概括可知，机械式捕集方法对于颗粒粒径较大的尘粒的净化效果明显，油蒸汽经冷凝后形成0.01m0.8m的气溶胶悬浮粒子，但油烟成分中颗粒粒径多为10m以下，仅用该方法去除油烟颗粒，净化效果并不理想。将该方法用于净化的前期阶段，作为对油烟净化的预处理，可以简化以后对大颗粒油烟的处理。 1.2.2 电除尘器 静电式除尘器的工作原理是以高压直流电在两极间产生电晕放电，油烟粒子通过该空间时，粒子被强制荷电，荷电粒子在库仑力作用下向极板运动并被极板所捕集，在电晕放电极的窄小区域内气体分子被电离而离子化，正离子向电晕极运动而被中和，负离子在向集尘极运动过程中撞击油烟粒子而使其荷电，荷电粒子在电场作用下向集尘极运动而被收集。静电吸引微细尘粒的现象发现较早，但1907年Cottrell才成功地将电除尘应用于工业气体的净化，其结构简单，操作方便，能耗低，对细粉尘也有很高的捕集效率，但一次性投资及安装费用高，电场维护要求高，在处理高温大烟气量的场合，它显示出优越性，因此在冶金、水泥、电站锅炉等行业得到了广泛应用。 高压供电设备是提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流的设备，为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，通常高压供电设备的输出峰值电压为70100KV，对于静电净化器，高压 不能太大，必须分组供电。 目前用静电捕集法除油烟的应用较为广泛。其阻力小，净化效率高；处理量大；操作方便，可以实现自动控制；但目前国内油烟静电净化器工作电压较低，不能使油雾击穿炭化而只是依靠静电吸附形成油雾沉积物，不易清理，影响净化效果，腐蚀极板；静电净化器一次性投资费用高；制造安装费用较高；电场维护要求较高，极板被油污粘附后不易清洗；对有害气体的吸附能力差，对火烟中的碳黑清除效果不好。今后对静电法改进研究的重点应着眼于集尘极颗粒物清除方式的突破性研究，据报道上海交通大学已开发出一种新型的静电沉积型油烟净化器。 湿式静电净化法，可以减少集电极上油污的聚集，增强净化效果。在湿式电净化器中，沉降在阳极板上的尘粒用水冲洗，在沉降极板上形成一层水膜，尘粒无反电晕现象。所以，净化效率较高，但存在烟气腐蚀问题及洗涤水的处理问题。 新型电净化器是朝着超高压（工作电压大于20万伏）、宽间距方向发展，但油烟粒子是气流在高温高速度的条件下，经过氧化热解等多种复杂反应后生成的，对静电吸尘极有一定的粘附力，在高温作用下，虽有一些成分在极板上挥发，但附着在极板上的粘性较大的胶体或胶状混合物不但会腐蚀极板，影响净化效果，挥发物还将生成二次污染。 静电除尘器的供电水平高低直接影响其运行效果。近年来静电除尘器供电技术新进展主要体现在脉冲供电恒流供电，中高频电源等方面。脉冲荷电能产生均匀的电晕放电，且可以大大减少反向电晕的发生，对高比电阻粉尘捕集效果较好。工况条件下比直流供电降低烟气出口含尘浓度3074%，节能效果显著。 国内外对静电除尘理论方面研究比较重视，这个方面的新进展主要反映在电除尘效率理论计算公式、空间电荷行为、粒子荷电、电流体力学、电风形成及影响、反电晕现象及预防、烟尘运动等方面。近年来，大量研究者提出了许多数学模型，如Leonard模型、Cooperman模型等。 宽间距和芒刺放电解决了收尘极板对含有腐蚀性粉尘的收集问题，是电除尘器研究的一个热点。冯国会等充分考虑紊流扩散和电风作用的影响，进行了试验验证，为超宽间距长芒刺静电除尘器理论的研究及其性能优化选择奠定了基础。 近年来，静电除尘器本体结构取得一些新进展，出现了一些新型电除尘器，如旋风电除尘器、透镜式电除尘器、屋顶电除尘器、带辅助电极电除尘器、双区电除尘器、宽间距电除尘器、圆筒型等。 目前，电除尘技术的发展概括起来有以下几个方面：（1）新型的电除尘器往超高压，宽间距方向发展。如利用超高压来控制尘源的散发，可以实现尘源控制，简化除尘系统，降低能耗；（2）与其他除尘装置联合作用，可以充分利用各自的除尘机理，相互促进，改善性能，提高效率；（3）脉冲供电，有利于改善对高比电阻粉尘的捕集效果。1.2.3 过滤式除尘器 过滤式除尘器是指含尘气体通过过滤层时，气流中的尘粒被滤层阻截捕集下来，从而实现气固分离的设备。它包括袋式除尘器和颗粒层除尘器。前者结构简单，操作方便，投资省，运行稳定，效率高。但运行费用高，不易清灰。应用范围受耐温，耐腐蚀性的局限，不适于粘结性及吸湿性强的粉尘。后者有耐高温，抗磨，耐磨蚀的特点，是一种有发展前途的高温烟气除尘设备，在冶金，水泥，化工等行业逐步得以推广应用，但应用中要注意防止颗粒层堵塞。 对于油烟粒子的过滤来说，参与过滤的三个主要因素是：分散介质（指空气或其它混合气体）、分散粒子和多孔材料。分散介质是以下列因素决定其特征：即气流速度、气体的密度、绝对温度、压力、粘性和湿度；分散粒子以下列因素决定其特征：即粒子的打下、粒子的粒径分布、粒子的形状、粒子的密度、电荷、粒子的化学组成和粒子的浓度；过滤材料的特征以下列因素表示：几何尺寸、过滤面积和厚度、材料本身的直径、组成过滤器的材料结构、过滤器的孔隙率等。 过滤过程的基本参数是收集效率、过滤器的阻力和容尘特性（或更换与再生的时间），这些参数一般都依赖于前面所提到的那些表征粒子、气流和过滤材料的特征。从理论的角度来看，过滤过程可以区分为两个状态：第一种状态，过滤材料是清洁的，两个基本参数收集效率和阻力不随时间变化，称为稳定过滤；第二种状态是由于气溶胶粒子在过滤器中沉降，收集效率和阻力都随时间而变化，称为非稳定过滤。在过滤器的使用初期可以认为是稳定过滤，随着容尘量的增加，过滤过程进入非稳定过滤状态，这时过滤层表面形成尘粒层，主要是尘粒层的过滤作用。 对于洁净滤料（新滤料或清洗后的滤料），其净化效率最低，随着滤料上阻留的尘粒量增多，净化效率也在不断增加，但同时阻力也随着增加，当阻力达到一定程度时，需要进行排污处理，排污后阻力下降，由于滤料中仍保留一部分尘粒，故阻力和效率都不会回到原始状态，排污后效率下降的多少，与排污是否彻底和滤料的种类有关，织物过滤净化效率高，通常可达90%以上，运行稳定可靠，但由于油烟颗粒物粘度较高，靠通常的重力自流或挤压清除都很难实现，且压降较大，如玻璃纤维滤床压降高达1500Pa，这些问题使织物过滤法的应用受到一定限制，今后研究重点应着眼于开发新型过滤材料，使其具有持油能力强、单层压降小、纳污能力高的特性。 通过阻挡、拦截方式，用过滤材料也可以来处理油烟气，只要过滤材料选用合适、设备设计合理，还可以得到较高的净化效率，这种方法的优点是一次性投入成本低，缺点是压力损失大，因为如果要达到较高的净化效率，势必选用较密的过滤材料，而密实材料阻力大、能耗也大。目前饮食业厨房油烟净化及排、送风用中低压风机较多，如果净化设备压力损失过大，会影响通风效果，若改用中高压风机，所产生的成本问题、噪声治理问题、能耗问题，也是用户难以教授的。 在厨房油烟净化过程中，目前比较常用的过滤方法包括袋式净化器和颗粒层净化器。前者利用有机纤维或无机纤维织物做成的滤袋做过滤层，后者的过滤层多采用不同粒径的颗粒，如石英砂、河砂、陶粒、矿渣、活性炭等组成。在世界使用中，圆桶滤袋采用直径多为120mm300mm，滤袋的长度和直径间的比例多为1040倍，典型的比例为1525倍。颗粒层式净化器由于其过滤层由非纤维性无机颗粒构成，具有耐高温、抗磨损、耐腐蚀等特点，其中以活性炭为代表，活性炭是干式净化的主要方式。活性炭的吸附能力强，有除臭的作用，花费较低，但需定期更换，否则过滤层将被油粒粘满，不仅严重影响风道的风速，而且还会影响油烟净化效率，对净化与散热都不利。 过滤网过滤方法是与惯性分离相结合的方法，较为简单，油烟气进入过滤网后沿网内气流信道运动，由于信道方向的改变使气流改向，烟气中的尘雾粒子因惯性作用而被分离出来，这种过滤网适宜处理直径较大的污染颗粒，其优点是成本低、结构简单，可以直接放置在厨房集气罩内，占用空间小，但效率低，因为无论是惯性分离还是离心分离，对于直径小于10m的油雾粒子，要达到较高的净化效率，一定要有较高的气流速度。过滤网油污积聚到一定程度，需清洗后再用。 1.2.4 湿式净化器 湿式除尘器是使含尘气体与水或其他液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而捕集尘粒的装置。湿式净化器可以有效地将直径为0.1m20m的液态或固态粒子从气流中除去，同时也能脱除气态污染物。气体与液体的接触方法有两种，一种使气体与水膜或已被雾化了的水滴接触，如文氏除尘器，水膜式除尘器等；另一种是气体冲击水层时鼓泡，以形成细小的水滴或水膜，如冲击式除尘器，自激式除尘器等。目前工程上常用的各种湿式除尘器基本上是围绕“提高气液相对运动速度和减小液滴直径”这两个因素发展起来的。 根据湿式净化器的净化机理，可将其大致分为七类：(1)重力喷雾洗涤器；(2)旋风洗涤器；(3)自激喷雾洗涤器；(4)板式洗涤器；(5)填料洗涤器；(6)文丘里洗涤器；(7)机械诱导喷雾洗涤器。一些主要的湿式洗涤器的性能、操作范围列于表1.1中。 表1.1 主要湿式洗涤器的性能、操作范围 装置名称 气体流速(m/s) 液气比(L/m3) 压力损失(Pa) 分割直径(m) 喷淋塔 填料塔 旋风洗涤器 转筒洗涤器 冲击式洗涤器 文丘里洗涤器 0.1-2 0.5-1 15-45 300-750(r/min) 10-20 30-150 2-3 2-3 0.5-1.5 0.7-2 10-50 0.3-2 100-500 1000-2500 1200-1500 -500-1500 0-150 3000-20000 3.0 1.0 1.0 0.2 0.2 0.1 喷淋塔结构简单，阻力小，但分割直径较大，只能处理粗粉尘。填料塔处理的粉尘相对又小一些，但压力损失大，同时它的除尘机理也决定了气流速度不能太大。冲击式洗涤器能处理较细的粉尘，压力损失也不大，但唯一的缺点是耗水量较大。文丘里属于高效除尘器，对亚微米级的粉尘也有较高的净化率，但阻力太大与高净化效率之间的矛盾一直无法解决。 文丘里作为高效的湿式除尘器，在工业中有广泛的应用，其工作原理是靠高速的气流及流经的管道截面发生变化，使气溶胶与洗涤液或吸收液在高速气流中发生相对运动，从而达到气溶胶与空气分离的目的。文丘里除尘效率在99%以上，尤其对于小于10m的细微粉尘也具有很高的捕集率。其唯一的缺点是阻力高，其阻力不仅随着喉管气速的提高而增加，还随着单位耗水量的增加而增加。因此，要继续提高除尘效率，必然导致气体阻力增加，耗电量增加。目前国内电厂锅炉上使用的文丘里除尘器气体阻力一般控制在785981Pa以下，不超过1962Pa，用国外对文丘里除尘器分类法来衡量，还只能属于低能范围，国外的高能文丘里除尘器，其阻力超过7357.5Pa，但效率可达99.9%。此外，还要求水质干净无杂，否则，易引起喷嘴堵塞。低阻文丘里除尘器的阻力为6005000Pa ，高阻文丘里除尘器的阻力为500020000Pa。由此可见，高阻文丘里除尘器虽然效率高，但阻力大，从我国风机的现状来看，需高压风机才能满足压力的要求。因此，如何在保证文氏管其他优点的同时，减小阻力损失是一项很有意义的工作。 结合各种实际要求和应用条件，研究者和工程人员对其进行了不少改进，研究表明：影响文丘里水膜除尘器效率的因素有喉口气速、文丘里和捕滴器液气比、文丘里管供水水压、喷嘴形式等。而对文丘里水膜除尘器的改造大部分是根据上述影响因素来进行的，胡金榜等人通过对文丘里洗涤器除尘操作参数的优化来提高文丘里洗涤器的除尘效率；而张力和刘西平等人则是通过改造文丘里喷嘴来提高除尘脱硫效率的；张东辉等采用雾化射流技术改造喷嘴，不仅提高了除尘效率，而且大大减少了磨损堵塞现象；何迪等研究了文丘里喉管分散器的分散效果，如采用低压旋流雾化水喷嘴，并对不同喷嘴组合及运行方式对喉部水雾均匀度和分离效率影响的实验，结果表明在合适的操作条件下，此种喷嘴雾化水滴在截面上分布均匀（水量和水滴大小都均匀）除尘效率较高，烟气含湿量降低，SO2排放浓度减少，节水、节能效果明显。上述改造技术虽然都在不同程度上取得了一些效果，但因目前我国运行的文丘里水膜除尘器存在的问题较多,所以要针对不同的问题采用不同的改造方法。 虽然后来又发展了许多其他型式的文丘里洗涤器，但这些形式也只是在喷水、布水方式和脱水方式上变化及改进较多，由于其结构非常简单，其基本结构及理论变化不大，而在保证其高效的前提下，如何大幅度降低其能耗方面更是没有取得突破性的进展。 湿法一般用于脱硫，除尘一体化的场所。它具有结构简单，造价低，占地面积小，操作及维修方便和净化效率高等优点，能处理高温，高湿的气流，将着火，爆炸的可能性减至最小，但要特别注意设备和管道腐蚀及污水处理问题。 1.3 国内外除尘设备的发展现状与趋势 1.3.1 国外除尘设备的发展现状 近年来，随着大气环境质量标准的日益严格，二次烟尘净化和微粒控制两方面的问题越来越受到重视，就世界范围来看，除尘技术和设备走在前列的是美国、欧洲和日本，除尘技术和设备主要以静电和湿式为主，或者两者结合。综合趋势是向着复合型除尘器的方向发展。 国外餐饮业特别是美国及欧洲的餐饮业由于具有多蒸煮、少油炸的特点，废油气浓度相对较低，大型餐饮业及食品加工厂一般采用热氧化焚烧法处理，中小型餐饮业一般采用催化剂净化法处理。 热氧化焚烧法是利用热推进的氧化反应，降低油烟气中的有害有毒成分转换成安全状态，为了使所有的排放物燃烧完全，使热效率最佳，同时又保持NOX排放的最低限量，所采用的技术是复杂的。斯特林亚洲公司开发成功获得专利的多级燃烧系统，可以在高效处理快餐业油炸废气的同时采用焚烧产生的废热来加热烹调油，达到有效利用热量的目的，既经济又环保，特别适合于大型油炸食品加工厂、大型餐饮业，是一项较有竞争力的新技术。 催化净化法是采用各种具有自净化功能的催化剂，在烹调过程中于烹调温度上通过催化氧化燃烧将油滴转化为CO2和水蒸气，从而消除污染和臭味。自净化催化剂基本上由催化剂耐热性粘结剂和泥浆（多孔性）组成，烧结在开口式灶具内壁上，目前，日本已开发出的此类催化剂已广泛应用于烹调废气处理中，主要形式有：借低熔点Li玻璃粘合的-MnO2，分子筛和铁氧体及由有机粘合剂粘合的金属氧化物，这些催化剂除了具有净化排气的特点之外，同时还具有热浸透性远红外发射功能，可达到改善烹调速度和菜肴味色的功能，特别适合于中小型餐饮业及家庭烹调使用。 这些技术成本相对较高，尚不适合我国国情。 1.3.2 国内除尘设备的发展现状 国内研究者采用工业通风除尘中颗粒物净化机理来去除烹调油烟气中的液、固颗粒物，主要有惯性分离、静电沉降、织物过滤、液体洗涤等。机械式捕集方法只对颗粒径较大的尘粒有效；用过滤材料处理油烟时压力损失较大；由于油烟粒子具有很强的粘附性，使用静电净化器时，会导致集尘极上粘附很多油烟粒子，集尘极也不能采用机械振打的方式清理油污，因而粘附在集尘极上的油污只能是越积越多，从而影响电场强度及净化效果；而洗涤式净化方法，喷头易堵，污水要进行有效的处理。这些设备各有优缺点，成本相对较低，适合中式烹调用油多、废气浓度高的特点。 表1.2 部分国内常用的排油烟装置性能特点的比较 类型 项目 机械式 活性炭箱 静电式 洗涤式 除油烟原理 折流（改变烟气流动方向） 粘附 电晕放电使含油烟微粒荷电并移向沉降电极 喷沐、水浴、水膜 捕集效率% 30-50 60-75 85-90 75-85 油回收方法 集油槽 无法回收 无法回收 隔油池 清洗方法 取下过滤 折板清洗 更换活性炭 取下极板清洗 自动清洗 管道内容 定期清洗 定期清洗 定期清洗 清洁 除臭率% 0 30 60-80 40-60 防火性能 差 差 差 较好 综上所述各类油烟净化技术各有其优缺点，传统的单一机制的除尘器由于存在这样或那样的缺点，已不能满足日益严格的环保要求。开发并利用节能高效的除尘器是一种必然的趋势。多种机制的联合作用能够达到更好的除尘效果。这种基于几种机制联合作用的除尘器被称为复合型除尘器，已向多机理复合作用方向发展。目前，将湿式除尘和静电除尘机理与其他除尘机理联合作用的除尘器较多。 静电增强除尘器主要有静电袋式过滤器、器外预荷电袋式过滤器、表面电场袋式除尘器、中心电场袋式除尘器等。刘功智等研究了双极不对称预荷电静电增强过滤除尘器，该技术将普通静电增强效果与粉尘凝并机理有机地结合在一起,其效率高,阻力低。静电强化技术在除尘中的应用非常广泛，如静电增强颗粒层除尘器、荷电水雾洗涤器、旋风静电除尘器、静电增强文氏管洗涤器、静电增强填料洗涤器等。 为提高效率，减小能耗，现在的湿式除尘器大多综合考虑了其他除尘机理，如将机械除尘机理或合并了其他湿法除尘机理结合具体的实际工况条件作了许多改进。湿式纤维栅除尘器能有效捕集呼吸性粉尘，宫丽虹等从纤维栅的单纤维入手，研究了在均匀气流作用下单纤维的运动规律；冯森林分析了振弦栅除尘器的结构原理，介绍了它在煤矿中的应用。 米铁等人设计了文氏栅洗涤器新型多通道文丘里洗涤器，设备结构紧凑，脱硫除尘一体化，运行阻力小。潘小军根据湿式高效烟气净化装置的运行实践，提出了一种新原理涡流净化机制，该装置充分发挥了湿式除尘技术的优点，较好的解决了雾化混合，高效净化，可靠除湿，渣水分离，材料腐蚀等问题。 自吸式文丘里旋流板除尘器，集冲击式除尘器、文丘里除尘器、旋流板除尘器的优点于一体的新型组合式消烟除尘装置, 节水且无二次污染。 翟云波等针对文丘里水膜除尘器运行中存在的压降过大和除尘效率过低等问题,采用文丘里+旋流板+喷淋+折流除雾器的方法对原有除尘器进行改造。 由于烹调油烟气中同时含有液、固两种颗粒，且其粘度较高，靠重力自流或挤压清灰都很难实现。因此，工业上惯用的颗粒物净化方法应用于油烟净化尚有各自优点与局限性，而国外的先进技术尚不能适合我国国情，要求环保工作者尽快开发出实用高效的油烟净化器。 1.3.3 除尘设备的发展趋势 综上可以看出，单一的一种除尘技术都有其不够完善之处，不能满足生产和环保的要求，在消耗同等能量的情况下，湿式除尘器的除尘效率要比干式的高，因此研制和开发除尘效率高，操作简单、多种机制联合作用的除尘器是大势所趋。 现在国内外除尘器的发展大致分为三个方面：改进传统除尘器的结构已充分发挥其净化作用；多机理复合除尘器；新机理除尘技术。 国内外除尘设备的发展，着重有以下几个方面：（1）趋向高效率。（2）着重研究提高现有高效除尘器的性能。此外，国内外对电除尘器的供电方式，各部件的结构，振打清灰，解决高比电阻的捕集等方面作了大量工作，从而使电除尘器运行可靠，效率稳定。对于袋式除尘器着重于改进滤料及其清灰方式，以适宜于高温，大烟气量的需要，扩大应用范围。湿式除尘器除了继续研究高效文丘里除尘器外，主要研究低压降，低能耗以及污泥回收利用设备。（3）发展新型除尘设备，多种除尘机理共同作用的新型除尘设备进展迅速。（4）重视除尘机理及理论方面的研究，一方面研究现有除尘设备的基本规律，另一方面探索一些新的除尘机理，试图应用到除尘设备中去。 现代除尘器发展趋势是结构简单，投资及运行成本低，效率高，占地面积小。风机是油烟净化系统中不可缺少的动力设备，经过长期的发展，风机用于气体输送方面的技术理论已经较为成熟，基本形成了种类繁多，型号齐全的局面。在生产和生活的各个方面发挥着重要作用。如按风机的用途来分类，有引风机、排尘风机、纺织风机等几十种；还有专门用于防爆、防腐、高温、增压、冷冻等的风机。对于如何拓展其功能方面研究甚少。此外，风机结构虽然很简单，但是它内部的流场却十分复杂，长期以来，叶片形式、叶轮结构和机壳结构方面基本上改进及发展变化不大，但结构的较小变化对其性能影响却很大。 早在四五十年代，前苏联曾有人做过将除尘器与风机结合起来的尝试，他称之为回转式离心除尘器，其主要除尘机理是通过离心力作用。试验结果表明，该装置所造成的压力很大（100cm水柱），能够供给很大的局部阻力和保证空气在空气管道内速度很大，有足够的效率，最大可达96%以上。此法属于干法除尘范畴，但后来由于效率较低和工艺复杂，此装置并未投入实际应用。 近年来，国内学者和工程技术人员也进行了诸多风机除尘方面的研究。如鲁维加等人对离心风机进行了改造，在风机蜗壳上开排灰孔，并测定了粉尘的浓度、气流的含尘浓度和开孔位置对效率的影响，排灰孔位置对效率的影响较大，但有待于进一步研究。苗文华提出了离心风机内湿法除尘，其除尘机理是利用风机的离心力把粉尘颗粒甩向蜗壳壁面，然后再被蜗壳壁面上的水捕获。实验证明：向改装后的离心风机加水及加水量的变化对除尘风机的工作性能基本无影响。该立式湿壁离心风机由进出气管道、旋流除雾板和挡水板组成。对影响除尘性能的主要因素如液气比、入口粉尘浓度、入口风量进行了研究，研究表明：在风量为417m3/h、液气比0.5L/m3、入口粉尘浓度9g/m3的条件下，气分割直径小于1m。贾丽在苗文华工作的基础上，将侧壁进水改为侧壁和气流中同时进水，同时对进水方式及出气管道等进行了改进，分别采用溢流水槽和筛孔方式进水，经改进后，提高了效率，降低了分割直径。 1.4 本文的研究内容 本课题根据目前除尘净化设备的现状和发展趋势，将湿法和离心分离两种除尘机理联合作用，研究结构简单，高效低能耗的洗涤式净化设备。 本文的研究内容要点： 1.新型洗涤式净化风机在结构上的改进。 2.洗涤式风机在无水和加水条件下的性能试验和实际工程试用。 3.机械乳化及净化过程的净化机理。 第二章 洗涤式净化风机的设计2.1 设计构思 在除尘系统中，风机作为动力设备是必不可少的，考虑到风机内有巨大的离心力可以利用，如当转速为1450r/min，在直径600mm的叶轮中，叶片末端处气体的加速度为6917.0m/s2，切向线速度为45.55m/s，若作用在粉尘上，必将产生很大的离心力。总结了国内外学者研究风机除尘的构思，在分析风机结构和运行特点的基础上，同时又受到旋风洗涤器和文丘里除尘器除尘机理的启发，利用风机自身的独特特点，结合这两种除尘器的优点，本文提出了将洗涤净化和动力输送合为一体的具有净化功能的风机的设计。 对于文丘里管而言，要想得到较高的除尘效率，必须造成较高的气、液相对运动速度，以取得良好的净化效果，文丘里除尘器就是基于这种设想发展起来的，其除尘包括三个过程：雾化，凝并和脱水。 设计思路为：风机在水淋的环境下高速运转，水被高速运转的叶轮充分打碎、雾化，水滴和雾滴呈辐射状分布在叶轮周围，并与粉尘充分接触、混合，反复碰撞，达到高效除尘的效果。其除尘过程与文丘里相同，也是雾化，混合、碰撞、凝并，脱水。除尘机理与文丘里也是相同的，主要是惯性碰撞，截留、粘附，扩散。不过，在风机中，水是通过风机叶轮的高速旋转而实现充分雾化的，当然，也有一部分是被气流冲击而雾化，由于尘粒和气体惯性不同，而产生了相对运动，尘粒被凝并，捕集。 2.2 叶轮的结构设计 2.2.1 传统离心式及轴流式叶轮的特点分析 风机是用来连续输送气体或压缩气体的机械。它的主要功能是为除尘系统提供压力能，克服系统的阻力，将尘源产生的粉尘通过系统管网输送到除尘装置，然后将净化后的气体经排气烟囱排入大气。在大气压为0.101MPa气温为20时，按气体出口压力（或升压）分为：通风机（出口压力低于0.015MPa）；鼓风机（出口压力为0.1150.35MPa）；压缩机（出口压力大于0.35MPa）。风机按工作原理可分为透平式与容积式。容积式在运转时，其内部的工作容积不断发生变化，从而吸入或排出液体。透平式气体输送机械是一种叶轮旋转式机械。它利用叶轮把原动机的机械能传给气体，从而提高气体的压力。透平式机械可分为离心式，轴流式和混流式三种。而涡轮式，叶片式，叶轮式皆为义同词异的叫法。离心风机由旋转的叶片和蜗壳式外壳组成，气流由轴向吸入，经90转弯，由于叶片的作用而获得能量，并由蜗壳出口甩出。蜗壳将动压有效的转化为静压，蜗壳出口的扩散段也使部分动压转变为静压。在标准状况下，根据风机的全压ptF，可分为：低压型（ptF980Pa）；中压型（ptF=980Pa 2942Pa）；高压型（ptF=2942Pa14710Pa）。通风除尘中大多采用离心风机。轴流式风机的叶片安装在旋转轴的轮毂上，叶片旋转时，将气流吸入并与旋转轴平行，故称为轴流式。它可以满足大流量和低压头的要求。混流式风机的叶轮中气流方向处于轴流式和离心式之间，近似圆锥面流动，所以也称斜流式。混流式风机的流量比离心式的大，压力比轴流式的大，如图2.1示，图中箭头表示气流方向。 图2.1 混流风机示意图 2.2.1.1 轴流式叶轮的结构特点 在轴流风机中，整流罩是很有必要的。如果没有整流罩气流就会在叶轮中心前部形成涡流或紊流，消耗很大的能量使效率大为降低。而且整流罩的分流作用可增大风机叶片根部的气流密度，由于叶片根部的线速度又最低。这就可以弥补气流经过叶片时，叶片径向之间的速度差。但它同时带来一个不可回避的问题，即整流罩占去了一定量的通风截面，对气流产生一定的阻碍作用，使轴流风机的流量受到影响。 图2.2 两种轴流风机示意图 根据钻头的结构特点和其工作原理，将风机叶轮设计为钻头型式，使它与轴心有一定的角度，将两对称叶片的夹角设计为120，这种结构设计可省去整流罩，而且避免了传统轴流风机中整流罩使气流流通面积减小的不利影响，对于一个单叶片，减小了运动阻力，提高了效率。这种结构使得通过单位长度叶片的气流流量相对减少，降低噪声。另一方面，这种锥形结构使叶轮重心更接近电机中心，可改善电机轴和轴承的受力情况，还可克服一定的离心力，防止气流沿径向移动，减小能耗和损失。根据流体力学相关原理，将叶片进风边磨成有一定的角度的单片刀，减小叶片和气流之间的摩擦阻力，使能耗进一步降低。另外，为了增强大型号风机叶片根部强度，防止疲劳断裂，在叶片外缘焊接一增压加固圈，既能使动压转化为静压，又能增强叶轮的结构强度。 2.2.1.2 离心式叶轮的结构特点 叶轮是离心风机最主要的部件，其功用是将机械能传递给气体。空气是靠叶轮的不断旋转而流动，使气体在叶轮通道中增加静压能和动能。不同类型的风机，叶轮的结构形式也不尽相同。叶轮型式设计是否科学直接关系到风机各项性能参数的好坏。 叶片是叶轮的关键部件，叶片的结构设计对叶轮的性能有重要影响。叶片设计的几何参数主要有叶片出口安装角、叶片进口角度、叶片进口直径、叶片宽度、叶片型式、叶片数目等，而其中最重要的是叶片出口安装角和叶片型式。叶片出口安装角指出口处叶片处的切线和圆周上的逆旋转方向的切线的夹角，叶片进口角度的含义类似。叶片出口角2A对风机性能影响极大，出口角2A分为三大类，2A90时，称为前向叶片，如图2.3(a)、(b)、(c) 所示。图2.3中只在(a)中标出了叶片的进口安装角1A，其他各图相同。当三种叶片型式的叶轮在尺寸、转速和流量相同时，前弯叶片获得的全压最大，而流动损失也最大；后弯的最小；径向叶片居中。这三种叶片型式的叶轮，目前均在通风机设计制造中应用。但近代的通风机以后弯叶片居多，以达到高效、节能的目的。 叶片型式有平板叶片、圆弧叶片、机翼叶片三种，如图2.4(a)、(b)、(c)所示。其中以机翼叶片气动性能好，但制造最为复杂，而平板叶片制造简单。普通离心风机后盘均为直板并与轴盘用铆钉连接，前盘形式有平前盘、锥形前盘、弧形前盘三种形式。如图2.4(d)、(e)、(f)所示。其制造复杂性依次增加，而流动状况以后者最好。 图2.3 叶片出口角示意图 a 平板叶片 b 圆弧型叶片 c 中空（机翼型） 2.2.2 新型叶轮的设计 2.2.2 1 锥形结构的叶轮 综合离心式和轴流式叶轮的结构特点，充分利用其优点，设计出了新型风机叶轮，叶轮的前后盘均设计为锥形，前盘为60，后盘为45（此角度是相对于轴盘而言，下同）。见图2.5，其中（a）、（b）为两种叶轮的剖面图，D表示叶轮外径，为叶轮进口直径，(c)为径混式叶轮的立体图，新型叶轮为锥形且进风口较大。 (c) 新型叶轮立体图 图2.5 两种叶轮结构示意图 2.2.2.2 叶片的设计 风机性能的好坏与叶片形状，其在叶轮中的安装角度有着不可分割的关系。采用单板直边型叶片，根据流体力学相关原理，并将迎风边加工成2030的刀刃形，以减小叶片和气流之间的摩擦阻力，使能耗进一步降低。这样可以把叶片看做风刀或叫风刃，迎风的边叫刃，相反的边叫背。（如图2.6）运转时，叶片对气流的作用力可分解为切向分力和径向分力。这种结构使得叶片对气流的径向分力很大，切向分力很小，这样就避免了气流强烈旋转消耗很大能量，节省了能量。并且，对于除尘风机，较大的径向分力更有利于粉尘的分离。此外，由于迎风边为刀刃形,可减小粘滞阻力的影响，减小了摩擦，提高了效率。图2.7的(a)为叶轮的剖面图，图中仅表示出了一个叶片，(b)、(c)分别表示出了普通直板叶片及刀刃形叶片与气流的相互作用状况对比，显然，气流经过刀刃型叶片时，流通比较顺畅，其阻力要小的多，而且，单板型叶片重量轻，电机起动电流小，制造加工工艺简单。 (a) 传统机翼型叶片 (b)新型刀刃型叶片 图2.6 传统叶片与新型叶片结构示意图 a转动的叶轮 b新型刀刃形迎风边与气流的作用 c普通直板叶片与气流的作用 图2.7 新型叶轮中叶片与空气的作用 2.2.3 新型叶轮特点 新型叶轮摒弃了传统的平直后盘，前后盘均采用锥形，前盘60，后盘45，这种结构有以下特点：1.使叶轮重心接近电机转子中心，可改变电机轴和轴承的受力状况，大大减轻叶轮重力对轴承的影响，减少振动和对轴承的磨损。 2.通过叶片单位长度的气流量相对减少，可降低噪声。 3.可使后盘的厚度减小、重量减小，且在运转中，锥形结构可增加叶轮的强度。如普通No6离心风机后盘厚度为6mm，而该风机后盘厚度仅为3mm。 4.传统离心式叶轮中气流的流动方向由轴向经过减速旋转，成为径向方向。由于速度方向变化太大，所以能耗较大。而采用锥形叶轮使气流运动方向沿轴向及径向均有所偏斜，速度方向的变化不是很剧烈，所以能耗较小。（如图2.8示） 图2.8 新型塔形（伞形）叶轮中气流流动状态 5.风机在湿式环境下运行时，叶轮的锥形结构对电机起到保护作用，可防止电机进水。所以它是安全的。 6.叶轮的进口直径与叶轮外径D2的比值较大，可达到0.8D2或0.9D2，增大了进风面积，减小了阻力，提高了效率。 7.与传统机翼型叶片相比，单板刀刃型直叶片厚度小的多，重量轻。 如果立式使用，进风口朝上，风机工作时，由于正负压作用及作用力和反作用力的原理，能减小由于叶轮重力对轴承的影响，减少振动，延长风机寿命。 2.2.4 叶轮的结构计算 4-72型离心风机的结构简单，在实际生产和工程中应用最为广泛，考察4-72型离心风机，发现其叶轮进口直径D0和叶轮外径D2之比D0/D2大约为0.740.8，选取D0/D2为0.8设计，各部分尺寸如图2.9所示。 图2.9 叶轮主要几何尺寸示意图 1.叶片出口安装角 叶片出口角2A是设计时要选定的主要几何参数之一，它对风机性能影响甚大，叶片出口角2A、叶片进口角1A在叶轮中的位置见图2.3所示，取叶片数为10片，后弯型叶片的叶轮效率比较高，节能，直叶片易加工，所以选取后弯型直叶片来设计。对于后弯型直叶片，可选取2A=45设计，在选定2A之后，叶片进口角1A必须符合关系式： 由此可得，1A=27。 2.相对涡流系数 实际通风机叶片数目是有限的，这是叶轮可以传递给气体的压力将低于欧拉压力（欧拉压力表征无限叶片的叶轮传给气体的理论压力），是由于叶片在槽道内产生了“相对涡流”，或称气流在叶轮出口产生了“滑差”流动，用相对涡流系数（或滑差因子）K来表示在有限叶片数的叶轮中，由于相对涡流的影响，叶轮所能传递给气体的压力小于无限叶片数叶轮所能传递给气体的压力，由以下公式： D1-叶片进口直径，Z-叶片数目 选取D1max=D0=0.8D2，D1min=0.88D0=0.7D2来设计，由此得 ，可得K=0.6809，符合设计要求。 3.进气形式 比较叶轮进口截面与叶片截面的比值1与1的大小关系，便可知其进气形式，11，气流加速，称为收敛式进气。现在的一些高效风机，大多选用扩散式进气，即1b2=0.275D2，得11，气流减速，所以为扩散形进气。 4.比转速 已知n=1450r/min，在其合适工况范围内取qv=10200m3/h，PtF=1010Pa，求比转速ns： （标准状态下） 可得，ns=75.47。当ns=6080时，叶型可选择“后弯平板型”，可见，此风机的叶片型式符合此要求。 .3 风机的立式使用 传统离心风机大多是卧式使用，即风机的轴心与水平面平行。这种放置方式下，电机动力输出轴在叶轮重力作用下形成弯矩，前后两个轴承所受的力和力矩相差很大，而受力不均衡造成其寿命不同。由于电机轴较细，强度不高，所以小型风机可以直联，大型号就必须间接传动，否则电机轴就不能承受。而间接传动又引发了一系列其它问题，如占地面积增大，原材料消耗增大，噪声增大，能耗增大，转速损失大（丢转），维修量加大。本风机采用立式放置，风机轴心和水平面垂直，叶轮重心和电机重心、轴心都是重合的，叶轮重力不产生弯矩。所以，即使是大型号的风机也可以采用直接传动，避免了上述一切不利因素。 风机大多是卧式使用，即风机的轴心与水平面平行。由于受重力影响，风机的各部位都存在着力学问题。如图2.10所示是A式传动，即电机轴直接和叶轮联在一起的传动。在此系统中，两个轴承承担着电机转子及叶轮的重量，但是前后两个轴承A、B所受的力和力矩大小相差甚远。力学分析如下： 静止时各部分的受力情况如图2.10所示，W1、W2分别为叶轮和电机转子的重力，F1、F2分别为轴承A、B对轴的作用力。叶轮和电机转子的重力等还对对轴产生力矩。在处，由力矩平衡，得 于是， 而F1=W1+W2 则 显然，两轴承受力并不相等，而且差别较大。由于电机轴较细，强度不高，由于受力不均衡引起前后轴承的寿命也不同。叶轮重力较小时，电机轴的强度尚可满足要求，如叶轮重力过大，电机轴就不能承受，因此小型号的风机可以直联，大型号就必须间接传动。而间接传动就必须增加传动链从而又引发了一系列其它问题。 电机主轴在运转过程中受到弯矩、转矩，还要受到电磁力的力矩及介于轴承内套与外套之间的单个滚珠及内套承受交变荷载，受力情况更为复杂。 图2.10 传统风机A式传动 如图2.11为C式传动简图，既皮带传动。它比电机直接传动多了很多装置。这些装置除了可以为风机传动动力外，同时带来了其它问题。占地面积加大，原材料消耗加大，噪声加大，能耗加大，还有转速损失大（丢转），维修量加大。 图2.11 传统风机C式传动 为了改善风机以上这些不太合理的运行方式，本装置采取另一种运行方式（电机的立式使用）进行探讨。风机的立式传动如图2.12所示。 图2.12 立式传动示意图 从图2.12中可以看出，改变叶轮运转方式，即由原铅垂运转变为水平运转，风机的轴心和水平面垂直，叶轮重心和电机重心轴心都是重合的，这样便从根本上改变了轴及轴承的受力方式，与卧式相比，轴不再受径向的力及力矩，即叶轮和电机的重力不再对主轴产生弯矩。这种放置方式使得大型号风机采用A式传动成为可能。 2.4 叶轮的强度计算 2.4.1 叶片的强度计算 该风机叶片与前盘、后盘的连接为焊接结构，于是假定叶片为一固定梁。叶片因本身重量产生的离心力，假定为均布在梁上的载荷。 根据假定条件，固定梁承受均布载荷时，最大弯矩产生在梁的两端，其最大弯矩： q.l为梁承受的总载荷。在叶片强度计算中，单个叶片的离心力P=q.l。 根据叶片不同的截面形状，计算出抗弯截面模数w，则叶片的最大弯曲应力为 平板叶片在强度计算时，把整个叶片看做承受均布载荷的梁。 当叶轮以角速度旋转时，单个叶片因本身重量产生的离心力P 式中 -叶片材料的密度（kg/m3）；-叶轮角速度（l/s）；b-叶片长度（m）；l-叶片平均宽度（m）；-叶片厚度（m）；R-叶轮中心至叶片重心的半径（m）；C-补助计算系数，C=2 如图2.13，三角形OAB为叶片的投影图，C为AB线段的中点，已知D2=600,OA= D2/2,OC=0.8D2,OB=0.7D2,角OAB为45，OA垂直AD，由余弦定理，可得OC=253，e=OD=212.2 按固定梁计算：叶片最大弯曲应力 叶片最大弯矩 ，n=1450r/min，=0.003m，=7.85103kg/m3，l=(0.165+0.211)/2=0.188m ，m=0.65kg/m3 由此得，b=0.1476m max=2.250108N/m2 叶片重心假定在叶片工作面的C点，将P分解成沿叶片的法向力P1和切向力P2，叶片在P1、P2的作用下，在相应的方向发生弯曲，由P2产生的弯曲应力，应叶片的抗弯截面模量数较大，实际上，可以忽略不计。而只计算由P1产生的弯曲应力。 Mmax=49.68N.m AB取上下叶片高度的平均值：AB=(154+178)/2=166 (注：叶片沿对角线弯曲，而叶片重心在对角线上，所以在投影图中，可认为重心C落在叶片的下边线的投影AB线上) 图2.13 叶片的离心力及其分力图 2.4.2 等厚圆盘强度计算 一个内径为D1，外径D2的等厚圆盘，当以角速度旋转时，因本身离心力而产生的最大切向应力发生在内圆直径D1上。而此最大切向应力大于最大径向应力，故计算圆盘强度时，均按最大切向应力计算。 对离心通风机来说，叶轮的后盘，平前盘、圆锥前盘、圆弧前盘等，在计算其强度时，均按等厚圆盘处理。 1.圆盘因本身离心力而产生的最大切向应力，按下列公式计算 -圆盘材料密度（kg/m3），-泊松比，钢的泊松比=0.3，D1-圆盘内直径（m），D2-圆盘外直径（m），u2-圆盘外直径D2处的线速度m/s。 已知=7.85103kg/m3， t1=1.5261107N/m2 2.叶片离心力在圆盘中产生的切向应力 固定在轮盘上的叶片，因受离心力的作用而引起的轮盘附加应力，按下式计算： Pf-半圆盘的离心力(N)，Pt-半圆盘上叶片的总离心力(N)，t1-不考虑叶片离心力时轮盘的应力(N/m2)。 计算圆盘的质量需先求出其表面积，以下步骤是计算圆盘侧面积（如图2.14） 前盘侧面积 前盘的倾角为60，所以 D0=0.8D2 可得S1=0.4072m2 后盘侧面积 按设计要求，D4=0.2D2 (a) 轮盘剖面图 (b) 前盘剖面图 (c) 后盘剖面图 图 2.14 轮盘侧面积计算略图 后盘的倾角为45，所以 D4=0.2D2 得S2=0.7676m2 半圆盘重心所在半径为 带入数据，得 Rc(前)=0.1726m，Rc (后)=0.1316m 半圆盘的离心力 可得Pf(前)=1.9079104N Pf(后)=2.7419104N 单个叶片的离心力为 m1-叶片质量(kg)，Rc-叶片重心所在半径(m)，Rc=OC 求得P=3.769103N 对后盘半圆盘上(Z/2)个叶片离心力的总垂直分力为 k-叶片离心力的分配系数；前盘取k=0，后盘取k=1；Z-叶片数，Z=10 因此，叶片离心力引起的轮盘附加应力可按下式计算 圆盘在本身的离心力和叶片离心力的作用下，所产生的最大切向应力为： 可求得对前盘max=2.006107N/m2，对后盘max=2.1939107N/m2。 轴盘材料选用的计算如下公式： d-轴盘最大直径(m)，n-叶轮转数(r/min) 轴盘d=0.2m 求得u2=15.18m/s30m/s，可选用一般铸铁，HT250。2.4.3 主轴的强度计算 对于立式放置的电机，主轴不存在弯矩，仅有转矩。转矩Mn计算公式如下 P-通风机功率(kW)，n-通风机的叶轮转速(r/min)。 P=5.5kW，n=1450r/min ，求得Mn=36.23N.m 轴的扭转剪切应力 d=0.038m，由上式求得扭转剪切应力=3.301106N/m2，由于其不存在弯矩，无弯曲应力，所以轴的扭转剪切应力即为轴受到的总应力。 由于风机竖直放置，叶轮不会因本身重量而在轴上产生挠度63，64，且风机为A式传动，无带轮及联轴器，所以可以大大减轻转子的负荷。 2.4.4 强度校核 取许用安全系数n=5 1.叶片的强度校核： 叶片的材料选择16Mn，其屈服强度s345N/mm2，则： 此处计算出的叶片的许用安全系数不是很大，如果想进一步增大其安全系数，可考虑增大叶片厚度，叶片厚度采用=6mm。计算结果安全系数为6.2，大于许用安全系数。 2.轮盘的强度校核 轮盘的材料选择Q235-A，其屈服强度s=235N/mm2，则： 前盘： 满足强度要求 后盘： 满足强度要求 3.主轴校核 主轴的材料选择45钢，其屈服强度s=355N/mm2，因为风机竖直放置，可以不考虑弯曲应力，则： 满足强度要求 2.5 蜗壳的结构特点 蜗壳既有收集气流并将其引导至排出口的作用，又有扩压作用。扩压作用使气流减速，使其静压上升。传统离心通风机的机壳由二块平板和一块围板组成，即在叶轮旋转面机壳为平板，围板为渐开线，还有一个特点是两平板直接与电机相连。一般的叶轮线速度都在50100m/s，甚至更高，而气流在蜗壳中的流速在20m/s左右，在这速度急剧下降的过程中，很容易使气流在蜗壳内产生紊流或湍流，造成动能损失，合理的蜗壳设计可以降低能耗，减少压力损失，使风机的性能提高。 在结构力学、流体力学理论基础上，根据洗涤式风机中气流离开叶轮时的运动状况，对蜗壳进行新的设计，以顺应气流的流动状况同时将摩擦阻力减至最小。第一将机壳的两平侧板设计成螺旋锥形，第二是将电机座板做成锥筒状，同时进行隔振设计，蜗壳在轴向方向上为蜗型，径向方向上为渐开线，即蜗壳为仿蜗型（或螺旋型）。传统离心风机的机壳在径向上是按渐开线变化的，轴向距离为一常量，如图2.15所示，这种结构一方面与离心式叶轮的结构特点和气流的流动状况相适应，仿蜗型蜗壳在轴向上有一定斜度，与气流离开叶轮后有一定的轴向分速度相适应，径向上为渐开线，有利于气流减速和增压，阻力也较小；另一方面与电机的立式放置相适应，立式放置时，电机对蜗壳产生向下的作用力，这种蜗壳结构能承受向下的作用力支撑电机，不易变形且强度大，蜗壳板材的厚度比离心蜗壳厚度小，即能满足刚度要求。 实际使用中可以根据不同需要采用多种机壳形式，如可采用方形外壳，在外壳内围一渐开线型的挡板，以利于导流。该风机外壳还可设计为枣核型，通风换气使用。 a 传统蜗壳示意图 b新设计的蜗壳示意图 图2.15 新型蜗壳与传统蜗壳的比较 2.6 给水装置 给水装置为在进风口处固定一根管，该管与水泵相连，而水泵入口连再循环水箱。废水流到再循环水箱后，经过静置、分离，密度较大的粉尘粒子沉到水箱底部，而上层清液还可以循环再利用。水箱需定期清理，排除泥污。当处理油性气溶胶时，使用隔油型水箱，经静置后，上层废油流至废油箱中，定期排出废油。 据实验测试，一般情况下，No6风机上水管中流量为1.2kg/min左右可满足一般情况下除尘净化的要求，在后续的脱水过程中气流带水又不会太严重。大型号风机需水量变化也不是很大。不同工况条件下，可根据具体的情况调节。 2.7 脱水装置 可使用圆筒形脱水器，效果比较好，但其占地面积比较大，或者直接在叶轮外面围一圈脱水角，这种结构简单，占地面积小，但阻力相对较大。 2.8 空气动力学略图 空气动力学略图是以风机的相似理论为基础的。在掌握了空气动力学略图情况下，可结合无因次性能曲线做产品的结构设计，而无需在空气性能上做更多的研究。所以空气动力学略图是很重要的。 以通风机叶轮外径D=100，其他尺寸按叶轮外径的百分比数绘制的通风机的图形，即为空气动力学略图。利用空气动力学略图，可以很快求出设计所需要的通风机的几何尺寸。该风机的空气动力学略图如下图2.16所示 图2.16 空气动力学略图 2.9 新型风机装置图 该净化风机的实际安装图如下图2.17所示。 a 主视图 b 俯视图 图2.17 新型风机装置图 图2.18为洗涤式净化风机的实际模型图片。 图2.18 洗涤式净化风机模型图 2.10 结论 在综合传统离心式和轴流式叶轮的优点的基础上，设计出了新型的伞型叶轮，其轮盘为锥形，叶片为单直板刀刃型。并计算了其主要结构参数和性能参数，各主要参数匹配协调，符合高效风机的基本要求。进行了叶轮和主轴的强度计算，结果表明，叶片和轮盘的强度高，符合实际应用的要求。 仿蜗型蜗壳与锥型叶轮的结构特点和气流的流动状况相适应，刚度好，强度高。第三章 洗涤式净化风机的性能试验 3.1 风机在干态下运行的试验 通过本实验测定洗涤式净化风机各项空气动力性能参数，绘制特性曲线，检查新设计的风机的性能参数指标，并与4-72型风机的性能参数比较。 风机性能测试按照GB1236-85通风机空气动力性能试验方法进行。试验条件为大气温度t=19.7，大气压力P=103025Pa。 3.1.1 实验器材及设备 No6洗涤式净化风机样机、ZBY215-84空盒气压表、标准水银气压表、水银温度计、干湿球温度计、RHAT-301型风速/温度表、YYT-200B型倾斜式微压计(10支)。 3.1.2 实验装置与方法 根据GB 1236-85通风机空气动力性能试验方法进行测试。 1.对测试仪器进行校正。将微压计调整至水平位置，进行零位调整，检查微压计是否漏气。 2.检查风机与实验装置的连接处和测试仪器各连接处不得有泄漏，检查各部件是否已经安装，不得任意更动附带的原有部件以免影响测试性能的真实性。 3.在管路的同一测量截面上所分布的四点静压孔接头，分别单独和压力计相连接，所测得的四点静压算术平均值为该截面上的平均静压。 4.测动压，在进出口规定位置处固定好动压管，测量时，应使动压管的全压测孔正对着气流的方向。 5.待各参数稳定后，再记录。 风机的动压定义为风机出口截面的动能所表征压力，即 风机的静压定义为风机出口与进口截面的静压值之差再减去进口的动压值，即 风机的全压定义为风机出口与进口截面上的总压力之差，也等于风机的动压和静压之和，即 由动压求流量，通风机的容积流量特指风机进口处的容积流量，由动压求流量的计算公式见下式： 风机进出口温度基本相同，在室外试验时，且都与大气温度相差不大，所以可认为进出口温度都等于大气温度。 在流体力学规律中，当气体与固体的相对速度远远小于声音传播速度时，如靠近地面上，常温常压下速度为50m/s，密度变化约1%，可以近似认为是密度不变的不可压缩流体。对于压力与温度变化小的气体流动，例如常温附近的除尘器，都可以按不可压缩流体力学规律进行计算。 1-试验风机 2-接头 3-温度计 4-试验管路 5-节流器 6-压力计 7-整流金属网 8-进口集流器 9-大气压力计 图3.1 进出气实验装置示意图 3.1.3 试验结果 在气温19.7、常压103025Pa、风机的转速为1450 r/min的条件下，按图3.1所示实验装置，测试风机的流量、动压、静压，并求出全压，将所得的平均值列于表3.1中。 1.有因次性能曲线 将表3.1中的测试结果换算为标准状况下（P0=101325 Pa，T0=293.15，0=1.2kg/m3）的数据，如表3.2所示，根据表3.2绘制风机的有因次性能曲线，见图3.2。已知空气的平均分子量M=28.84 由上式可得此实验条件下的空气密度：=1.22kg/m3 流量与全压和静压的换算按以下公式： 表3.1 风机性能试验测试结果 （记录值t=19.7， P=103025Pa） qv(m3/h)(流量) pt (Pa) (全压) ps (Pa) (静压) 1 6301.7 1147.0 1098.6 2 7032.7 1132.0 1072.8 37787.2 1119.3 1046.0 4 8730.4 1086.7 993.8 5 9714.9 1067.8 953.2 6 10510.7 984.7 850.2 7 11843.0 865.1 732.7 8 13221.4 735.5 597.2 9 13723.4 660.4 538.4 表3-2 风机性能试验测试结果 (换算为标准进气状态：t=20,p=101325Pa,=1.2kg/m3) qv(m3/h)(流量) ptF(Pa)(全压) psF(Pa)(静压) 16414 1129.1 1081.5 2 7158 1114.3 1056.1 3 7926 1101.8 1029.7 4 8886 1069.7 978.3 5 9888 1051.1 938.3 6 10698 969.3 836.9 7 12054 851.6 721.3 8 13457 724.0 587.9 9 13968 650.1 530.0 2.无因次性能曲线 通风机的无因次性能曲线，是利用基本无因次性能参数公式，将有因次性能参数换算成无因次性能参数，并绘制成曲线。无因次性能曲线是以风机的相似理论为基础的，无需在空气性能上做更多的研究，即可利用其做产品的结构设计，所以它是很重要的。 有因次性能参数换算为无因次性能参数： No6风机的参数：D=0.6m，n=1450r/min，=1.2kg/m3 当量面积： 流量系数： 全压系数： 静压系数： 利用以上公式将表3.2中的数据换算成无因次参数，列于表3.3中，以流量系数 为横坐标，压力系数为纵坐标，作无因次性能曲线，见图3.3。 表3.3 无因次性能参数表 序 号 (流量系数) t(全压系数) s (静压系数) 10.13830.9069 0.8686 2 0.1544 0.8950 0.8482 3 0.1709 0.8849 0.8266 4 0.1916 0.8592 0.7855 5 0.2133 0.8442 0.7533 6 0.2307 0.7785 0.6722 7 0.2600 0.684 0.5791 8 0.2898 0.5815 0.4722 9 0.3012 0.5221 0.4257 图3.2 性能曲线图 图3.3 无因次性能曲线图 3.2 风机在湿态下运行的试验 通过本实验测定洗涤式净化风机在水淋环境下运行时其各项空气动力性能参数，绘制特性曲线，检查湿式环境下风机的各项性能参数是否能满足要求，并与其在干态下运行的状况作比较。 风机性能测试按照GB1236-85通风机空气动力性能试验方法进行。试验条件为大气温度t=33，大气压力P=99400.01Pa。 3.2.1 试验器材及设备 No6洗涤式净化风机样机、ZBY215-84空盒气压表、标准水银气压表、水银温度计、干湿球温度计、RHAT-301型风速/温度表、YYT-200B型倾斜式微压计(10支)。 3.2.2 试验装置与方法 根据GB1236-85通风机空气动力性能试验方法进行测试。方法与步骤同3.1.2中所列。本次实验中，风机进口处的上水管进水速度为1.2kg/min。 3.2.3 试验结果 在气温t=33、大气压力P=99400.01Pa、转速为1450 r/min的条件下，测试风机的流量、动压、静压，并求出全压。试验装置仍按图3.1所示连接，试验结果列于表3.4中。 表3.4 风机性能试验测试结果 （记录值t=33，P=99400.01Pa） qv(m3/h)(流量) pt (Pa) (全压) ps (Pa) (静压) 1 14143.9 724.5 583.1 2 12885.6 826.5 688.5 3 12569.4 884.4 742.8 4 11806.1 932.9 788.1 5 11161.0 967 828.2 6 9897.3 1053.4 931.5 7 8955.2 1084.7 978.2 8 8159.9 1106 1025.3 9 6953.8 1117.5 1044.7 1.有因次性能曲线 由公式 得实验条件下干空气的密度：=1.126kg/m3 依据公式 及 将表3.4中的测试结果换算为标准状况下的数据，如表3.5所示，根据表3.5绘制风机的有因次性能曲线，见图3.4。 表3.5 风机性能试验测试结果 (换算为标准进气状态：t=20，p=101325Pa) qv(m3/h)(流量) psF(Pa)(静压) ptF(Pa)(全压) 1 13286 600 745.5 2 12104 708.5 850 3 11807 764.3 910 4 11090 811 960 5 10484 852.2 995 6 9297 958.5 1084 7 8412 1000 1116.2 8 7665 1055 1138.1 9 6532 1075 1150.2 2.无因次性能曲线 风机进口处输水管上水的质量流量 干空气的质量流量 加入水后，气体的密度（不考虑水的体积且认为水完全雾化到空气中） -体积流量，m3/s； -干空气的密度，kg/m3。 可见，不同流量时， 是不同的。 最大流量时 =3.691m3/s 最小流量时 =1.814m3/s 由公式 得标态下 ， 。 可见，水的加入对混合气体密度的影响很小，在误差允许范围内，在t=20，p=101325Pa时，气体密度可取 利用公式 、 、 将表3.5中的数据换算成无因次参数，列于表3.6中，以流量系数 为横坐标，压力系数为纵坐标，作无因次性能曲线，见图3.5。 表3.6 无因次性能参数表 序 号 (流量系数) t(全压系数) s (静压系数) 10.28650.4781 0.594 2 0.261 0.5645 0.6773 3 0.2546 0.6088 0.7251 4 0.2392 0.6462 0.7649 5 0.2261 0.6789 0.7928 6 0.2005 0.7637 0.8637 7 0.1814 0.7968 0.8892 8 0.1653 0.8406 0.9068 9 0.1409 0.8566 0.9163 图3.4 性能曲线图 图3.5 无因次性能曲线图 3.3 结果分析 图3.6 净化风机在干、湿态运行时与4-72风机性能比较 图3.7 净化风机在干、湿态运行状态下无因次性能曲线比较 将风机在干、湿态下运行的性能曲线与4-72型风机的性能曲线作于图3.6中，比较可以看出：净化风机在干态下运行时，流量和风压与4-72型风机相当，风压略低于4-72型风机；风机在水淋环境下运行时，风压高于干态下的值，也高于4-72型风机压力；净化风机在干、湿态下运行的静压相差不大。 将风机在干、湿态下运行的无因次性能曲线作于图3.7中，从图中可以看出：与干态下运行情况比较，风机在水淋环境下运行的流量和风压没有受到太大影响，湿态下的全压系数略高于干态下的值，静压系数略低于干态下的值。 在流量相同的情况下，风机在水淋环境下运行时的风压反而稍高于干态时的值，据分析可能是以下几种原因： 1.由于水的加入，增大了混合气体的密度，在一定程度上会增大压力。 2.加入的水将从旋转的叶轮中得到动能，根据能量守恒定律，这部分能量增加了风机的压力。 水的加入，增大了混合气体的质量，所以消耗的功率也增大了，但是水并不是将能量浪费掉了，在风机蜗壳中减速的过程中，它会将一部分能量重新传递给气体，使气体增速，该风机湿式运行时，需要配备的电机功率对于干式风机的电机功率。 3.4 风机试运行综合测试 马哥孛罗酒店二层自助餐厨房排风采用两台轴流风机，没有油烟净化装置。原来的两台风机的风量分别为40089m3/h和30773m3/h，风压分别为708Pa和597Pa，安装在酒店的顶层，其噪声很大。酒店决定将风机进行改造，安装油烟净化装置，并将设备改装在五层与四层之间的设备层中。 现场考察发现，如果用静电除油装置需要在夹层外墙面上打洞，才能吊装净化设备，室内设备平面布置紧张，没有维修空间。安装新阳光公司生产的洗涤式净化风机，其体积小，可以分装，只需将现有的窗户打掉，就可以吊装所有设备，其具体治理方案如下。 3.4.1 北京马哥孛罗酒店油烟净化安装方案 1.现场考察分析，内厨选用No7洗涤净化风机两台，单台风量为Q=208329492 m3/h，风压P=9161548Pa，功率N=11kw；明档厨房选用No6.5洗涤净化风机两台，单台风量为Q=166797600 m3/h，风压P=7891355Pa，功率N=7.5kw。 2.在设备层中将原有风机进风管道切断，原管道截面分别为800630与1000630，现管道截面分别为700700与650650，接入洗涤净化风机进风口。 3.四层设备层的原采光窗改为百叶窗口，做为出风口，并在出风口安装消声静压箱。 4.为减小风机的噪声，四台净化风机全部安装进、出风口消声器。 5.由于两台风机并联安装，为达到单台运行的效果，在每台风机的进风口安装止回阀。 6.由于设备层高较低，采用分体安装方式，主体水箱选在四层设备间内合适的位置，采用两台风机共用一个水箱，减少占地面积。 7.在风机箱体及水箱铁板内侧，用树脂涂刷两遍，以达到防腐的效果。 8.为进一步减小管道的风速噪声，在管道外面包裹一层消声带。 9.将水箱设计为隔油型，废油定期回收利用。 下图为治理方案示意图：图3.8 北京马哥孛罗酒店二层厨房油烟净化风机安装示意图3.4.2 测试结果 西城区环保检测中心对风机的净化性能进行了测试，结果如表3.7所示。 测试日期：2003.11.17 测试温度：7 主要仪器：BN2000型智能油烟（烟尘）采样仪 表3.7 油烟净化测试结果表 风机型号 测试内容 No6.5风机 No7风机 烟道（mm） 23801445 23801445 烟道截面积（m2） 3.44 3.44 烟道高度（m） 20 20 净化装置后浓度（mg/m3） 0.1421 0.1 净化装置后风量（m3/h） 16890 16890 基准灶头数（个） 4 4 折算浓度（mg/m3） 0.3 0.2 有无异味 无 无 密封是否完好 好 好 3.4.3 结果分析 经No6.5和No7两台洗涤式净化风机净化后，油烟排放浓度分别为0.3mg/m3和0.2mg/m3（折算为标准条件下的浓度），小于GB18483-2001中要求的排放浓度2mg/m3的规定。本套装置中No6.5风机的风量并不低于No7风机，分析原因是由于风机蜗壳的影响，No6.5风机采用渐开线形蜗壳，即叶轮是偏心放置的，而No7风机则采用了制造方便的方筒型风机外壳，叶轮放在方筒的中心处。可见蜗壳的结构对风机的性能影响很大。 目前国内没有灶间专用的排油烟系统，普遍使用离心式和轴流式两种风机代替，而这两种风机多为沿用几十年的产品，在使用中存在不少缺陷，主要表现在如下方面： 1.大型设备需配传动链，占地面积大，成本增加，并产生噪声与振动。 2.轴流式风机由于叶片与筒壁间隙不好控制（径向），风压较低，叶片强度较差，如加厚叶片，增大电机负荷，噪声振动大。 3.电机与油烟接触，油烟通过时产生的油垢沉淀后会使电机的散热功能降低。 实践证明了油与水在机械力作用下可形成水包油型乳化液，乳化是两种互不相溶的液体，借乳化剂或机械力作用，使其中一种液体分散到另一种液体中而形成乳化液体，油分散到水中称水包油型，水分散到油中称油包水型。洗涤式净化风机去除油烟这种粘附性很强的颗粒物，有特殊的优势，具有除油、消烟、去异味、低阻力、免清洗、投资少的特点，洗涤式净化风机更加适应灶间的特殊环境，可达到较理想的油烟净化效果。 用机械洗涤方法净化油烟，试验和实际运行已经取得了良好的效果，净化后的排放浓度远低于国家标准。 3.5 结论 从样机在干式和湿式环境下运行的实验结果以及工程试运行结果可以得到以下结论： 1.空气动力性能试验结果表明：该风机的风量、风压与同型号4-72型风机相当，符合实际使用状况下的性能指标要求，达到了设计标准。 2.水淋风机试验结果显示：气体的流量基本没有受到加入的水的影响，而风压却高于干式运行时的值，据分析可能是由于水的加入一方面增大了混合气体的密度，另一方面叶轮传递给它的能量同时增大了风压。 3.洗涤式风机净化油烟完全能达到国家标准，排放浓度远低于国家规定值，且其结构简单，免清洗。 说明：本试验以No6风机为例，根据相似理论，其它型号风机的性能与其相同。 第四章 洗涤净化机理分析4.1 机械洗涤式净化方法 通过对各种基本净化技术的总结和对粉尘特性的分析，发现单一一种净化技术的应用并不能达到对大、小颗粒都很理想的净化效果，单一的净化方法均有其不够完善的方面。若想达到简单、高效、低成本的要求，要考虑应用二种或二种以上的净化技术联合作用的装置，可称之为复合式净化设备。 在深入分析研究多种净化方法的基础上，受到在离心力的作用下可以对较大的颗粒杂质进行净化分离的启迪，并通过实验和实际操作得到了验证，本文提出一种新式的洗涤净化方法机械洗涤式净化方法。风机叶轮在旋转过程中，不仅可以为流体提供动力和能量，而且还可借助其离心力来实现洗涤液的雾化，同时高速旋转的叶轮可以实现含尘气流和洗涤液的充分混合、搅拌，实现气溶胶颗粒和洗涤液液滴之间的高速相对运动，从而达到较高的除尘效率。 机械洗涤式净化方法是机械式和湿式除尘相结合的一种复合式净化方法，该方法以水淋风机为主要技术特征，巧妙的利用了通风除尘工程中不可缺少的动力设备风机来完成机械洗涤净化的过程，即通过改变叶轮的结构与安装形式使风机实现了在水淋环境下安全良好地运行，风机叶轮高速旋转，水将呈辐射状分布于叶轮上方，从而使气、液充分混合，液滴捕集粉尘，最终达到脱除颗粒物的目的。 4.1.1 湿式除尘净化理论 机械洗涤式净化方法的除尘机理仍属于湿式除尘范畴，在水或其他液体与含尘废气相互接触的过程中，借助于惯性碰撞、拦截、扩散等机理，实现分离、捕集粉尘粒子和吸收有害气体。在湿式除尘器中，气体中的粉尘粒子是在气液两相接触过程中被捕集的，因此湿式除尘器中气液两相接触表面的形式及大小，对除尘效率有着重要影响。湿式捕集方法中，气体与液体的接触方式有两种：即水膜或已被雾化了的水滴，实际的湿式除尘器中，可能兼有以上一种或两种接触形式。本净化方法兼具这两种气、液接触方式，但是以雾化的水滴为主。 通常认为，气流中的颗粒随着气流一起运动，很少或不产生滑动，但是，若有一静止的或缓慢运动的障碍物（如液滴或纤维等）处于气流中时，则成为一个靶子，使气体产生绕流，使某些颗粒沉降到上面。颗粒能否沉降到靶上，取决于颗粒的质量及相对于靶的运动速度和位置，图4.1中所示的小颗粒1，随着气流一起绕过靶，距停滞流线较远的大颗粒2，也能避开靶，距停滞流线较近的大颗粒3，因其惯性较大而脱离流线，保持自身原来运动方向而与靶碰撞，继而被捕集，通常将这种捕尘机制称为惯性碰撞；颗粒4和5刚好避开与靶碰撞，但其表面与靶表面接触时而被拦截住并保持沉降。惯性碰撞与拦截皆是唯一靠5捕集尘粒的重要除尘机制。本净化方法还利用了其它捕集粉尘的机制，具体介绍如下： 图4.1 运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况 1.惯性碰撞 尘粒和水滴之间的惯性碰撞是最基本的捕集作用，对尺寸在0.3m以上的尘粒而言，尘粒与水滴的碰撞效率取决于尘粒的惯性。气流在运动过程中如果遇到障碍物（如水滴）会改变气流方向，绕过物体进行流动。粒径和重量较大的尘粒具有较大的惯性，会脱离气流的流线保持直线运动，从而与水滴相撞。如果从脱离流线到停止运动，尘粒移动的距离大于尘粒脱离流线的点到水滴的距离，尘粒就会和水滴碰撞而被捕集。 惯性碰撞作用可用斯托克斯准数（也叫惯性碰撞参数）描述，即 dp粉尘粒径，m；p粉尘真密度，kg/m3；ur尘粒与液滴之间的相对运动速度，m/s；C肯宁汉修正因子；g气体粘度，Pas；DL液滴直径，m。 2.拦截 对于气流中密度较小的粉尘，由于其惯性作用力较小，能随气流一起绕过水滴，当其流线至水滴表面的距离小于粉尘的半径时，粉尘由于接触水滴而被拦截。拦截作用可用拦截比来描述，即 3.扩散 亚微米级的很小粒子，很少被惯性碰撞或直接拦截捕集的，因为他们不仅循着围绕捕集单元的气体流线运动，而且经过不规则的途径横穿气流运动。由于气体分子连续地不规则撞击引起的布朗运动是亚微米粒子被捕集的主要原因。气流速度慢时这种作用效果显著，因为在运动的气体里，粒子必须有一段足够长的时间去靠近捕集单元，才能在比较慢的扩散速度下与捕集单元碰撞。 4.粘附 与过滤式捕集方法中的粘附作用相似，当尘粒的半径大于尘粒中心到水滴边缘的距离时，则尘粒被水滴粘附而被捕集。 5.扩散飘移和热飘移 如果饱和蒸汽与冷的液体表面接触，其中的饱和蒸汽会在冷的液滴表面凝结，这时会产生一个力，促使微小尘粒向液滴移动，并沉降在液滴上。如果有液滴蒸发，则微小尘粒会受到液滴的排斥，尘粒向液滴移动称为正扩散飘移，尘粒移开液滴称负扩散飘移。扩散飘移对微小尘粒的捕集是一个很重要的因素。 6.凝集 凝集有两种情况，一种是以尘粒为凝结核，由于水蒸气的凝结使微小尘粒凝集增大；另一种是由于扩散飘移和热飘移的综合作用，使尘粒向液滴移动凝集增大，增大后的尘粒可用惯性的作用加以捕集。 在本净化设备中，离心力的分离作用起着关键性的作用，而离心力是惯性碰撞和拦截作用的主要除尘机制之一。由于粉尘粒子、液滴、气体的质量不同，其惯性也不同，当混合物在净化风机中经历速度的变化时，由于其惯性的不同，造成它们之间产生相对运动，这对粉尘粒子的捕集起很重要的作用。所以在本设备中液滴和尘粒之间的惯性碰撞和拦截是最主要的捕集方式。从式 中可以看出，当尘粒直径和密度确定以后，碰撞系数与粒子和液滴之间的相对速度成正比，而与液滴直径成反比。决定液滴直径的因素很复杂，与气速、液量和流体性质都有关系，所以对于给定的烟尘系统，要提高St值，必须提高气液相对运动速度和减小液滴直径。从式 中可以看出，拦截作用主要取决于尘粒的大小，液滴的大小。两者都与液滴的直径有重要的关系，一般是液滴较小时，惯性碰撞和拦截作用都增强，但液滴直径也不是愈小愈好，直径过小的液滴容易随气流一起运动，减小了气液相对运动速度。 4.1.2 洗涤风机净化机理 若要达到较高的除尘效率，必须造成较高的气、液相对运动速度，以取得良好的净化效果，许多高效湿式除尘器就是基于这种设想发展起来的，但是气液之间高速的相对运动却往往伴随着高阻力、高能耗。文丘里洗涤器就是一例，它是国内外比较普及的一种用于除尘和气体吸收的高效的环保设备，对于0.55m细微粉尘其捕集效率也在99%以上。文丘里除尘器虽然效率高，但阻力大，阻力不仅随着喉管气速的提高而增加，还随着单位耗水量的增加而增加，因此，在保证设备高效净化除尘的同时，减小阻力损失是一项很有意义的工作。 该复合式净化风机的除尘机理主要是离心力的分离作用和湿法除尘。本技术将文丘里的除尘原理巧妙地运用到该新型风机中去，通过使风机在水淋的环境下高速运转，水被高速运转的叶轮充分打碎、雾化，水滴和雾滴呈辐射状分布在叶轮周围，并与粉尘充分接触、混合，反复碰撞，达到高效除尘的效果。其除尘过程是雾化、混合、碰撞、凝聚、脱水。除尘机理主要是惯性碰撞、截留、粘附、扩散。在净化风机中，水经历了两次雾化过程，第一次是在布水盘上雾化，第二次是在风机叶轮的高速旋转过程中，借助于高速运动叶片的撞击和气流的冲击而实现充分雾化的。此外，还有水膜捕尘机理，一部分未被充分雾化的较大的水滴由于惯性较大，在离心力的作用下，到达蜗壳壁面并在内壁在形成一层水膜，粉尘由于离心力的作用被甩向壁面，从而被水膜捕集，此外还有惯性力、布朗运动等因素也会捕捉部分粉尘。由于尘粒、液滴和气体之间的惯性不同，从而产生了相对运动，尘粒被凝聚，捕集。与普通风机相比，该净化风机的能耗不会增加太多，只是增加了雾化水及为水提供动能的能量，实验和实际运行中发现，这部分能量并非白白浪费掉了，将增加风机出口的静压。试验结果表明除尘风机的阻力要小得多，据粗略估算，风机的压力损失只有几十帕左右。它实现了除尘净化与动力输送为一体的功能，它既具备了文丘里的高效，且结构简单、阻力小，投资少、占地面积小。 4.2 高效、低能耗的特点 4.2.1 净化机理分析 1.文丘里洗涤器的净化机理 文丘里洗涤器的工作原理是靠高速运动的气流及流经的管道截面发生变化，使气溶胶与洗涤液或吸收液在高速气流中发生相对运动，从而达到气溶胶与空气分离的目的。（如图4.2） 图4.2 文丘里洗涤器净化原理图 文丘里除尘器的除尘过程，可分为雾化、凝聚和脱水三个过程。文丘里管实际上是整个装置的预处理部分，它使烟尘微粒凝聚而使其有效尺寸增大，易于捕集，而真正将烟尘与夹带烟尘微粒的水滴分离的过程是在除雾器中进行的。 在A段以前气体与气溶胶及洗涤液以同等的速度流动，进入收缩管A后流速增大，空气与质量较轻的气溶胶产生较大的加速度，由于洗涤液质量较重，产生的加速度较小。此时洗涤液与气溶胶即产生相对运动，因而两者就有了碰撞、接触的机会，同时洗涤液被雾化。 在喉管B，气体流速达到最大值，由于管道截面较小，空气、气溶胶及洗涤液均被压缩，运动速度达到50100m/s，此时B段成为高密度的混合区，从喷嘴喷射出来的水滴，在高速气流冲击下进一步雾化成更细小的液沫（雾滴），气体湿度达到饱和，同时尘粒表面附着的气膜被冲破，使尘粒被水湿润。压力降低，尘粒与水滴，或尘粒与尘粒之间发生激烈的碰撞、凝聚。 通过B段以后，空气、气溶胶及洗涤液的混合体，以高密度、高速度的形态进入扩散管C，由于截面增大，所以气流速度减小，压力回升，在气、液、固三相之间由于惯性力的不同，产生了相对运动，于是固体烟尘大小颗粒间、液体和固体间、以及液体不同直径水滴间发生了相互碰撞，凝并。即洗涤液对空气中的气溶胶又进行了一次捕集。气流速度的减小和压力的回升使凝聚作用发生得更快。有利于烟尘的有效尺寸增大。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后，在重力、离心力等作用下，尘粒与水分离，达到除尘的目的。 2.洗涤式风机净化机理分析 图4.3中自圆心到同心圆的最后一个圆是A段（A区），从同心圆的最后一个圆到渐开的螺线之间为B段（B区），从B段的边缘至风机洗涤器外缘为C段（C区）。图4.3中，红色粒子为气溶胶颗粒，蓝色为液滴。在A段（A区）气体流动方向自轴向向径向改变，并顺叶轮转动方向旋转，旋转速度或线速度自圆心沿径向逐渐加大，洗涤液从中心喷到布水器上，到布水器边缘时，洗涤液呈辐射状沿布水器切线方向射出，与气流运动方向垂直，两者混合后进入B段。 当混合体进入B段时，空气与质量较轻的气溶胶的速度较快，洗涤液由于比重较大所以速度较慢，但是叶片的速度都较之他们快得多，而当较慢的大颗粒洗涤液撞到叶片时，受到叶片的高速冲击，在叶片上形成液膜，液膜在极短的时间内，又被气流冲破而破碎，变成极小颗粒即雾状液沫，同时获得很高的线速度。 雾状的洗涤液、气流与气溶胶的混合体，经过叶轮加速后，到达叶轮外缘并以较高的线速度沿切线方向射出，这相当于线性文丘里的C段，但是它与线性文丘里不同的是：（1）混合体中由于比重（质量）大小的不同不但存在着相对运动，而且还存在着运动方向的不同。（2）由于叶片的速度较气流的速度快得多，所以每个叶片流出的气体都要受到其它叶片甩出的洗涤液的多次拦截、冲击、凝聚，最后到机壳的内壁汇集（如图4.3）。 图4.3 洗涤式风机净化机理图 洗涤式风机的速度场及气液混合体的密度变化状况具体分析如下：气流进入A区后，由轴向运动向圆周运动转变，速度从圆心到径向速度逐渐增大，属于加速阶段，同时气液混合体的密度沿径向方向也是逐渐增大的，风机进口处为负压，沿径向从中心到A区边缘压力逐渐增大。 气流到达B区后，叶轮的高速旋转为气液混合物提供了能量，混合物动能增加，速度增大，且越接近叶轮外缘速度越大，高速旋转的叶轮一方面将洗涤液进一步打碎，雾化分散成更小的颗粒，同时将气液混合物充分混合、搅拌，由于粉尘粒子、液滴和气体分子的质量不同，其惯性也不同，所以它们之间产生了较剧烈的相对运动，液滴和固体颗粒之间、固体颗粒之间以及液滴与液滴之间发生激烈的混合、碰撞，真正实现了洗涤液对气溶胶的洗涤。该区，为高密度的混合区，混合物密度达到最大。同时压力得到进一步提升。即在B区由于叶轮提供了能量，速度、压力都增大。这点与文丘里洗涤器增度、减压的喉管段（图中B段）不同。 气流进入C区，由于流通截面积和空间变大，气流速度减小同时压力进一步升高，液沫的一部分能量又回传给气体，这非常有利于以粉尘为凝结核的凝聚过程。这类似于文丘里扩张管（C段）。 根据对洗涤风机的速度场、压力场及密度变化的分析，可以看出它完全符合高效洗涤器净化特性，气液的混合、碰撞更为激烈，将风机与文丘里洗涤器完美地组合在一起，使气体获得流动所需的动力的同时又能使气体得到净化。 此外，对于餐饮业油烟的净化，喷水及洗涤过程中的降温作用对含油烟液滴的凝聚也起到重要作用。 4.2.2 风机机壳内压力损失的估算 将风机蜗壳近似按方形的平直管道来粗略估算风机内的压力损失，不考虑气流与叶片间的摩擦阻力，蜗壳尺寸取常用的4-72型No6风机，如图4.4，具体估算如下： 图4.4 4-72-No6风机蜗壳尺寸图 参考文献，风量Q=133536677m3/h， 平均半径 ,则直径D=1057.5mm 将风机视为一长方形管道，长 , 因风机出口宽为a=420mm, 故方管道面积 风机壳内的平均流速： 当量直径 查北京机械工业出版社1994年出版通风机手册，取最大风量时，压力损失为45Pa/m，取最小风量时，压力
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号